Chương 1 TỔNG QUAN 1. Giới thiệu đề tài Ngày nay cuộc sống đang trên đà phát triển mạnh về công nghiệp, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào nhu cầu đời sống của con người cũng như trong sản xuất. Các nhà máy xí nghiệp luôn cải tiến và thay đổi các máy móc thiết bị và quy trình sản xuất sao cho đáp ứng đủ năng suất sản xuất, chất lượng sản phẩm và tiết kiệm nguồn vốn nhất có thể. Để đảm bảo tính chính xác, chất lượng đạt đúng như mong muốn thì bắt buộc phải sử dụng đến các thiết bị sản xuất tự động, có thể chi phí đầu tư rất cao so với quy trình thủ công cổ truyền, nhưng tính cạnh tranh khốc liệt trên thị trường thì chắc chắc việc áp dụng tự động hoá vào quy trình sản xuất là vô cùng cần thiết.
Trên thực tế các sản phẩm nước uống đóng chai không còn lạ lẫm gì với mỗi con người chúng ta nửa, tuy nhiên để sản xuất ra sản phẩm để đáp ứng đến hàng chục triệu người dân thì quy trình sản xuất và chất lượng phải qua một dây chuyền sản xuất vô cùng lớn, đặc biệt với số lượng sản phẩm được sản xuất lớn đến như vậy thì con người cần mất rất nhiều thời gian và khổ cực để tạo ra số sản phẩm đó. Vì vậy em đã có ý tưởng nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống tự động hoá nói chung và thiết kế, giám sát mô hình chiếc rót qua mạng profibus nói riêng để hiểu rõ thêm về quy trình sản xuất của một hệ thống tự động trong thực tế. Mục tiêu nghiên cứu Vận hành biến tần G120 Truyền thông Profibus DP giữa s7-300 và biến tần G120 Phương pháp và nguyên lý điều khiển động cơ Giám sát và điều khiển mô hình chiết rót Thiết kế được một mô hình thực tế 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.
Đối tượng nghiên cứu PLC S7-300 Biến tần SINAMICS G120 8 Mạng truyền thông PROFIBUS Mô hình chiết rót 1. Phạm vi nghiên cứu Khảo sát, vận hành mô hình biến tần G120 Nghiên cứu truyền thông Profibus DP giữa PLC S7-300 và biến tần G120 Thiết kề và thi công mô hình chiết rót đơn giản để minh họa việc giao tiếp giữa PLC và biến tần. Lập trình PLC điều khiển hệ thống 1. Phương pháp nghiên cứu Tham khảo tài liệu Thử nghiệm trên thiết bị thực tế 9 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Tìm hiểu về PLC 2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay vì phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số. PLC là một bộ điều khiển gọn, nhẹ, dể dàng trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài. Toàn bộ chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ của vòng quét (scan).1: Cấu trúc của một PLC Để thực hiện được một chương trình điều khiển tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý CPU, hệ điều hành, bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu và 10 phải có các cổng IN / OUT để giao tiếp với các đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.
Bên cạnh đó PLC còn phải có các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm, bộ đình thời và những khối hàm chuyên dụng. Giới thiệu PLC S7-300 Hình 2.2: Cấu trúc của một trạm PLC S7-300 S7-300 là PLC cỡ vừa của hang Siemens Gồm CPU và các module mỡ rộng đặt trên các rack Mỗi rack chứa nhiều nhất 8 module Mỗi CPU làm việc tối đa với 5rack 2. Các module của PLC S7-300 Trong các ứng dụng thực tế thì mỗi bài toán điều khiển được đặt ra hoàn toàn khác nhau, vì vậy việc lựa chọn các thiết bị phần cứng cũng khác nhau sao cho phù hợp với yêu cầu mà không gây lãng phí tiền của Việc lựa chọn PLC và các thiết bị vào ra cũng không giống nhau. PLC được chia ra nhiều module riêng lẽ để không bị cứng hoá về cấu hình.
Số module được sử dụng nhiều hay ít là phụ thuộc vào yêu cầu của bào toán nhưng tối thiểu phải có module nguồn module CPU còn các module còn lại là truyền nhận tín hiều với môi trường bên ngoài. Tất cả các module là một khối riêng lẽ được gắn gần với nhau. 11 Module CP: Module CPU là module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, bộ thời gian bộ đếm, cổng truyền thông …. Các cổng vào ra số trên module CPU được gọi là các cổng vào ra Onboard.
Trong họ S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như CPU 312, CPU 314, CPU 315…. Module nguồn : Module PS (Power Supply): module nguồn tạo ra nguồn điện áp 24VDC cấp nguồn cho các module khác, có 3 loại đó là 2A, 5A và 10A.3: Sơ đồ khối và sơ đồ nối dây của module nguồn. 1 Đèn chỉ thị nguồn 24VDC 2 Domino nối dây ngõ ra điện áp 24VDC 3 Cầu chì bảo vệ quá dòng 4 Domino nối dây với điện áp 220VAC 5 On/OFF switch 24VDC. 12 Module mở rộng: Module SM (Signal module): Module cổng tín hiệu vào ra bao gồm: DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số, số các cổng vào có thể mở rộng là 8, 16, 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ngõ ra số, các cổng ngõ ra có thể mở rộng là 8, 16, 32 tuỳ thuộc vào từng loại module DI/DO: Module mở rộng các cổng vào ra số. Số các cổng vào ra có thể là 8 vào / 8 ra .hoặc 16 vào / 16 ra tuỳ thuộc vào từng loại module. AI (Analog Input): Module mở rộng các ngõ vào tương tự, về bản chất là bộ chuyển đổi tương tự / số 12bit AD, tức là mỗi tín hiệu tương tự sẽ được chuyển thành tín hiệu số có độ dài 12bit. Các cổng ngõ vào tương tự có thể là 2 hoặc 4 tuỳ thuộc vào loại module.
AO (Analog Output): Module mở rộng các ngõ ra tương tự. Số ngõ ra tương tự là 2 hoặc 4 tùy vào loại module.4: Sơ đồ đấu dây của module. Module IM (Interface Module): Module kết nối 13 Hình 2.5: Sơ đồ kết nối của module IM 365 FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng như: module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID …… CP (Communication Processor): Module truyền thông. Tổ chức bộ nhớ CPU Vùng nhớ chứa các thanh ghi: ACCU1, ACCU2, AR1, AR2 ….
LOAD MEMORY: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng (do người sử dụng viết) bao gồm tất cả các chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình trong hệ thống được sử dụng (SFC, SFB) và các khối dữ liệu DB, vùng nhớ được tạo bởi một phần bộ nhớ RAM của CPU và EEPROM (nếu có). Khi thực hiện động tác xóa bộ nhớ thì toàn bộ các khối dữ liệu và khối chương trình nằm trong RAM sẽ bị xóa. Khi chương hay khối dữ liệu được download vào module CPU từ thiết bị máy tính chúng sẽ được ghi lên phần RAM của vùng nhớ Load memory. WORD MEMORY: là vùng nhớ chứa các DP đang được mở, khối chương trình đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho những tham số hình thức để các khối trình bày tham trị với hệ điều hành và các khối chương trình khác.
SYSTEM MEMORY: là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào ra số (I / Q) các biến cờ (M), thanh ghi C–word, T–bit của timer, thanh ghi C–word, T–bit của couter. Tìm hiểu về biến tần 2. nguyên lý hoạt động Biến tần thay đổi điện áp hay tốc độ cho động cơ xoay chiều bằng cách chuyển đổi dòng điện xoay chiều cung cấp (AC Supply) thành dòng điện một chiều trung gian (DC Link) sử dụng cấu hình chỉnh lưu. Sau đó điện áp một chiều DC Link lại được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều cung cấp cho động cơ với giá trị tần số thay đổi.
Nguồn cung cấp cho biến tần có thể sử dụng nguồn xoay chiều một pha (cho công suất thấp), hay sử dụng nguồn xoay chiều 3 pha. Phần điện áp một chiều trung gian chính là điện áp trên các tụ điện, các tụ điện có vai trò san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu và cung cấp cho phần nghịch lưu. Điện áp trên tụ không điều khiển được và phụ thuộc vào điện áp đỉnh của nguồn xoay chiều cung cấp.6: Sơ đồ chuyển đổi của một bộ biến tần 2. Giới thiệu biến tần SINAMIC G120 2.
Giới thiệu Mỗi một bộ biến tần SINAMIC G120 bao gồm module nguồn, bộ điều khiển và module công suất. Biến tần thuộc họ SINAMIC có đặc tính đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật và thương mại. Có dãi công suất rộng từ 0.37kW đến 250kW, nhờ vậy người sử dụng 15 có thể tố hợp ứng dụng đáp ứng yêu cầu riêng về kỹ thuật, truyền thông và công suất …. Ưu điểm: Nhờ thiết kế dạng module nên dễ dàng lắp đặt và sử dụng Tiết kiệm năng lượng Bền bỉ trước ảnh hưởng của môi trường làm việc Tích hợp chức năng an toàn Hình 2.7: Biến tần G120 16 Giao diện của biến tần Hình 2.8: Giao diện của biến tần G120 1- Khe cắm thẻ nhớ (MMC hoặc SD) 2- Khe cắm của BOP-2 hoặc IOP 3- Khe cắm USB cho STARTER 4- Đèn trạng thái 5- Công tắc chuyển để xác định vị trí 6- Công tắc chuyển ngõ vào Analog (Dòng / Áp) 7- 8- Kết nối với lỗi 2.
Đặc tính kỹ thuật Voltage / frequency 3 pha 380-480V -20% + 10 % with 50/60Hz Power range 0.7 -24 HP Overload power 17 Degree of protection IP20/UL open type EMV Acc. To IEC 61800-3, Category 2 (FS A, B) or Category 3 (FSC) with internal EMC filter Motor cable lengths 50 m shielded / 100 m unshielded Signal input/output 6 digital input; 2 digital output; 1 analog input; 1 analog output Safety technology SIL 2acc. EN 61508, PL d acc. EN ISO 13849, class 3, acc.
EN 60204 Control modes Vectop, V/f, V/f ECO Energy function Energy – saving calculatop, energy consumption calcula – tor, automatic flux reduction Function Fixed velocity / speed setpoint, 2/3 wire control, PID controller, motor dolding brake control braking Integrated braking chopper CE / UL Ambient temperature 0 to 40*C without derating/up to 60*C with derating Bảng 2.1: Bảng đặc tính kỹ thuật của biến tần G120 380-480V AC 50/60 HZ 0.5 KW Quá tải: I (h): 200% trong 3s, 150% trong 57s, chu kì 300s.